Rüzgar Türbinlerinde Ark Koruma

Kelime manasına bakıldığında yenilenebilir enerjinin “sürekli devam eden doğal süreçlerdeki var olan enerji akışından elde edilen enerji” olarak tanımlandığını görürüz. Günümüzde birçok yenilenebilir enerji kaynağı mevcuttur. Bunlardan en temiz ve kaynağı en çok bulunanlarından biri rüzgar enerjisidir. Rüzgardan elektrik enerjisi üretmek için yapılacak santralin kurulumu diğer kömür, doğalgaz ve hidroelektrik santrallere göre yatırım maliyeti açısından daha ucuzdur. Bu sebeplerden dolayı ülkeler rüzgar santrallerinin yaygınlaştırılmasını eskiye oranla daha da destekler olmuşlardır.

Genellikle rüzgar santralleri, rüzgarın şiddetine verimli bir şekilde maruz kalabilmesi için yerleşim merkezlerinden uzak lokasyonlarda konumlandırılır. Hatta açık denizlerin ortasında bile rüzgar santrallerine rastlamak mümkündür. Dolayısıyla ulaşımı zor olan bu santrallerde yaşanacak kesintiler minimuma indirilmeli, ark hatası dolayısıyla oluşması muhtemel hasarlar hemen giderilmelidir. Herhangi bir ark kazasından dolayı oluşacak kesinti çok uzun süreli olabilir ve eğer oluşan arkın yakınlarında bir canlı varsa hayatına mal olabilir. Ark kazalarından dolayı her yıl çok sayıda insan hayatını kaybetmektedir.

Rüzgar türbinlerinde genellikle bakım vs. sebepler haricinde insan bulunmaz. Ancak ark dolayısıyla oluşacak muhtemel bir yangın çabucak etkisini arttırıp, kullanılan ekipmanlara tamiri mümkün olmayan hasarlar verebilir. Şalterler ve sigortalar gibi normal kısa devre koruma cihazları ark esnasında ekipmanları tam olarak koruyamayabilir. Ek bir koruma ile hasarlar minimuma indirilebilir. Bu koruma aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi oldukça hızlı yapılmalıdır.

Rüzgar tribünlerinde kısa devre koruma elemanları, yangın koruma sistemleri elbette ki mevcuttur. Kısa devre durumunda bu cihazlar görevini yapacak ve bir yangın durumunda yangın söndürme elemanları devreye girecektir. Akıllara ister istemez şu soru gelebilir:
“Ark zaten pano içerisindeki aksam üzerinde olacağından, arkın etkisi ile kısa devre oluşacağından ve devre kesici de görevini yapıp kesme işlemini yapacağından daha hızlı bir korumaya neden ihtiyaç duyulsun ve bu nasıl yapılabilir?”

Normalde bir devre kesici aşırı akım prensibine göre açma yapar ve bu açma süresi devre kesicinin tipine, ayarlarına ve hata akımına göre değişiklik gösterir. Evet, bir ark oluştuğunda akım hızlıca yükselecek ve devre kesici kısa devreden dolayı açma yapacaktır. Ancak selektivite sağlanması amacıyla şalter kısa devre durumunda daha geç açmaya ayarlanmış olabilir. Dahası ark oluştuğunda devrede bir direnç görevi göreceğinden şalter akımı esas seviyesinin daha altında ölçebilir. Bu da kısa devreden dolayı açmada gecikmeye yol açabilir. Arkın yakıcı etkisinin hissedilmesi için 100ms’lik gibi kısa bir süre bile yeterlidir. Bu gibi durumlarda akıma değilde arkın oluşturduğu ışık etkisine bakmak daha mantıklı olmayacak mıdır?

İşte ABB’de buradan yola çıkarak TVOC-2 Ark koruma sistemini tasarlamıştır. Bu sistemde açma şartı sadece optik sensörlerin algıladığı ışık şiddeti ile alakalıdır. Bu süre 30-50ms arasında değişir ve kuşkusuz aşırı akımdan dolayı yapılan açmalara göre oldukça hızlıdır. Uzunlukları 1 ile 60 metre arasında değişen, kalibrasyon gerektirmeyen optik sensörler rüzgar tribününde (1) jeneratöre, (2) kabinlere, (3) transformatörlere yani arkın oluşabileceği muhtemel noktalara uzatılabilir. Sensörün algıladığı hata sinyali ark monitörüne iletilir. (Ana ünite olan ark monitörüne standart olarak 10 adet, genişleme modülü eklenerek 30 adet sensör bağlanabilir) Ark monitörü bu sinyali çok hızlı bir şekilde yorumlayarak çıkışına bağlı bir kesicinin açma bobinini enerjilendirir ve kesicinin açma yapması sağlanır.

Aksesuar olarak sunulan akım algılama modülleri de bir başka güvenli çözümdür. Detektörlerin istenmeyen direkt gün ışığı, kamera flaşı gibi etkilere maruz kalması ve yanlış açmalara sebebiyet vermesi muhtemel durumlarda, ekstra güvenlik olarak kullanılan akım algılama modülleri, akımdaki değişimleri de göz önüne alarak ark monitörü üzerinden şaltere açma yaptırır. Normal duruma göre 2-8 ms.açma gecikmesi yaşatsa da ekstra güvenlik ve sistem sürekliliği sağlamaları nedeniyle tercih edilmektedirler.

HMI kullanıcı arayüzü aksesuarlardan bir diğeri olup hem direkt olarak ark monitörü üzerinde, hem de pano kapağı üzerinde kullanılabilir. HMI üzerinden hem konfigürasyon ayarları yapılabilir hem de hata kayıtları izlenerek ark hatasının nerede olduğu belirlenebilir. Ayrıca ark monitöründe bulunan 2 enversör sinyal rölesi ile hata bilgilerini otomasyon sisteminize de aktarabilirsiniz.Tasarımı ve teknolojisi ile SIL-2 güvenlik kriterlerine uyumlu TVOC-2 rüzgar santrali uygulamalarında maksimum koruma sağlar.